فهرست مطالب

فیزیک کاربردی - سال دوازدهم شماره 4 (پیاپی 31، زمستان 1401)

مجله فیزیک کاربردی
سال دوازدهم شماره 4 (پیاپی 31، زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/10/14
  • تعداد عناوین: 6
|
  • رضا باقری*، حسن رنجبر صفحات 7-22

    امروزه پرتودهی خون و فرآورده های خونی و همچنین سترون سازی دارو و مواد زیست شناختی بکار رفته در صنعت پزشکی در کشورهای پیشرفته و برخی از کشورهای در حال توسعه در حال انجام است. بدین منظور بیشتر از دستگاه های پرتودهی درون کار با حفاظ خشک و شامل چشمه های سزیم-137 یا کبالت-60 با اکتیویته تا 3 کیلوکوری به نام گاماسل های خونی استفاده می شود. در این پژوهش تلاش شد تا با بهره گیری از کد MCNPX محاسبات مربوط به طراحی هسته ای دستگاه گاماسل خونی با استفاده از چشمه های میله ای کبالت-60 در دو بخش منحنی های ایزو دز و حفاظ گذاری آن برابر استانداردهای پذیرفته شده بین المللی انجام گیرد. مقدار یکنواختی دز درون محفظه پرتودهی حدود 2 و میزان آهنگ پرتوگیری در فاصله 5 سانتی متری از سطح دستگاه گاماسل حدود 36 میکروسیورت بر ساعت و پایین تر از حد مجاز محاسبه شد. نتایج نشان دادند که منحنی های ایزو دز به درستی متقارن بوده و میزان دز دریافتی در نزدیک چشمه های میله ای کبالت-60 افزایش یافته است. همچنین با دور شدن از میله ها و نزدیک شدن به محور استوانه محفظه پرتودهی، میزان دز کاهش یافته است. افزون بر این، نتایج نشان دادند که حفاظ سربی طراحی شده با ضخامت متوسط 30 سانتی متر به راحتی در برابر پرتوهای گاما سدی ایجاد کرده است. از دیدگاه فیزیک بهداشت، استفاده از دستگاه گاماسل خون با چنین ویژگی هایی هیچگونه خطر پرتوگیری را متوجه کارکنان نخواهد کرد.

    کلیدواژگان: گاماسل خونی، کبالت-60، حفاظ گذاری، نسبت یکنواختی دز، MCNPX
  • مریم اصغرزاده، حسین زاهد* صفحات 23-42

    امواج الکترومغناطیس مربوط به مغناطوپلاسماهای الکترون- یون و الکترون- پوزیترون- یون غیریکنواخت در اندرکنش با لیزر تب کوتاه در حالت کوانتومی و در تقریب بسامد کوتاه مورد بررسی قرار گرفته است. در این پلاسماها پارامترهای اولیه شامل چگالی عددی، سرعت شاره ای و میدان مغناطیسی خارجی در صفحه عمود بر انتشار لیزر به صورت غیریکنواخت می باشند. بررسی ها نشان داده اند که در صفحه عمود بر انتشار تب لیزر افزون بر این که مقدار این پارامترها بر سرعت انتشار امواج و میزان ناپایداری آن ها موثر هستند، بلکه میزان شیب عرضی آن ها نیز، به عنوان منبع انرژی، به شدت بر امواج انتشار یافته در این راستا تاثیر گذار است. رفتار امواج در راستای عمود، به ازای تغییر هر یک از شیب های عرضی بررسی شده است. بررسی ها نشان می دهد که رفتار امواج در راستای عمود در دو پلاسمای الکترون- یون و الکترون- پوزیترون- یون متفاوت هستند. در راستای موازی عاملی که بیشترین تاثیر را بر امواج می گذارد، نیروی اثر گذار لیزر است و این تاثیر به صورت مستقیم بر سرعت امواج و میزان ناپایداری آن ها است. وابستگی امواج در راستای موازی به کمیت های اولیه چگالی و سرعت اولیه به صورت مستقیم بوده و وابستگی آن ها به میدان مغناطیسی تنها از راه حضور نیروی اثرگذار است. امواج در این جهت تحت تاثیر شیب عرضی کمیت های اولیه قرار نمی گیرند. امواج پلاسما در هر دو پلاسما نیز تحت تاثیر شرایط تصحیح کوانتومی قرار گرفته و سرعت و میزان ناپایداری آن ها متاثر از این تصحیحات می باشد. نشان داده شده است که معادلات به دست آمده در کار حاضر در هماهنگی کامل با منابع بیان شده در مقاله است.

    کلیدواژگان: موج الکترومغناطیس، پلاسمای الکترون- پوزیترون- یون، لیزر تب کوتاه، مغناطوپلاسما
  • فرشید نورعلیشاهی، محمدکاظم سالم*، محمدرضا تنهایی اهری صفحات 43-61

    در این مقاله، وابستگی اثر پمپاژ اسپین به لایه ای از دی سولفید تنگستن (WS2) با استفاده از اثر وارون اسپین هال (ISHE) بررسی شده است. حرکت تقدیمی بردار مغناطش، اثر پمپاژ اسپین در یک فیلم نارسانای فری مغناطیسی ایجاد می کند. سپس جریانی از الکترون ها با اسپین قطبی شده به لایه ی NM از یک ماده غیرمغناطیسی، چون پلاتین (Pt)، تزریق می شود. این جریان اسپین با استفاده از روشISHE  به جریان الکتریکی تبدیل می شود. در کار حاضر، کارایی تزریق اسپین به دی سولفید تنگستن (WS2) بررسی و دریافت شد که با افزایش ضخامت فیلم، ولتاژ ISHE نیز افزایش می یابد، سپس این رابطه با نظریه مقایسه شد. در مرحله بعد، طول نفوذ اسپین و رسانایی مخلوط اسپین از تغییر ضریب میرایی گیلبرت با ضخامت به دست آمد. با توجه به اطلاعات بدست آمده، بررسی های مشابهی در موادی چون؛ ایتریوم- آهن- گارنت یا آلیاژ Mo1-xWxS2 انجام شده است. اگرچه در مورد دی سولفید تنگستن بررسی ها صورت نگرفته است. لازم به یادآوری است که مطالعاتی چون بررسی اثر جفت شدگی اسپین- مدار، بررسی پراکندگی ریمان مرتبه دوم و همچون آن در مورد دی سولفید تنگستن انجام شده است و همچنان ادامه دارد. امیدواریم کار حاضر بتواند راهنمای مناسبی برای توسعه مطالعات بیشتر دراین زمینه باشد.

    کلیدواژگان: اثر هال وارون، پمپاژ اسپین، میرایی گیلبرت، امواج اسپین، دی سولفید تنگستن
  • سعید قوامی صبوری* صفحات 62-75

    اثرات حرارتی تاثیرات نامطلوبی در فرآیند تولید هماهنگ دوم به ویژه در توان های بالای لیزر دمش می گذارد. تولید توزیع دمایی نایکنواخت در بلور از راه جذب پرتوهای دمش و هماهنگ دوم منجر به افت شدید بازده تبدیل هماهنگ دوم می شود. این جذب به عنوان چشمه گرما در بلور عمل کرده و از باقی ماندن بلور در دمای همسانی فاز جلوگیری می کند، در نتیجه پدیده ای به نام نبود همسانی فاز گرمایی در بلور ایجاد می شود. در این مقاله ابتدا یک مدل نظری برای شبیه سازی اثرات حرارتی در تولید هماهنگ دوم شناسانده شده است. سپس با در نظر گرفتن یک بلور قطبیده دوره ای به عنوان بلور غیرخطی و افزودن چرپ شدگی به دوره تناوب آن، راهکاری برای جبران نبود همسانی فاز گرمایی بیان شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که چرپ شدگی یک بلور قطبی دوره ای سبب جبران اثرات گرمایی در بلور غیرخطی شده و تا حد زیادی افت بازده هماهنگ دوم را جبران می کند.  به عنوان مثال، در توان دمش 20 وات اثرات حرارتی موجب کاهش بازده تبدیل هماهنگ دوم از 74 درصد به 18 درصد شده و با به کار بردن بلور قطبیده دوره ای چرپ شده بازده به 50 درصد رسیده است.

    کلیدواژگان: تولید هماهنگ دوم، اثرات حرارتی، بلورقطبیده دوره ای
  • علی محمودلو* صفحات 76-87

    مفاهیم و فناوری های نوظهور مبتنی بر فوتونیک ریزموج منجر به علاقه روزافزون به توسعه سامانه های راداری نوآورانه با سود خالص در عملکرد، پهنای باند/ رزولیشن، اندازه، جرم، پیچیدگی و هزینه در مقایسه با پیاده سازی های سنتی شده است. در کار حاضر، روش های توسعه یافته در چند سال اخیر در فوتونیک ریزموج که ممکن است روش طراحی سامانه های رادار چند منظوره را دگرگون سازند، بیان می شود. پیشرفت های اخیر شامل نوسانگرهای نوری، تولید شکل موج دلخواه، ترکیبات فوتونیکی، کدگذاری فاز، فیلتر کردن، شکل دهی پرتو، تبدیل آنالوگ به دیجیتال و انتقال سیگنال بسامد رادیویی پایدار است. در نهایت، چالش های پیاده سازی این اجزا و زیر سامانه ها برای برآوردن نیازهای فنی کاربردهای رادار چند منظوره مورد بحث قرار می گیرند.

    کلیدواژگان: نوسانگر نوری، مدوله ساز ریزموج، پردازش فوتونیکی، نوسانگر الکترونیک نوری
  • سینا حیدری، مریم نورافشان* صفحات 88-105

    در این پژوهش تاثیر فشار هیدروستاتیکی بر ویژگی های اپتیکی و الکترونی ترکیب گالیوم آرسناید مورد بررسی قرار گرفته است. محاسبات در چارچوب نظریه تابعی چگالی و با استفاده از نرم افزار محاسباتی WIEN2K انجام شده است. این نرم افزار محاسباتی به صورت پتانسیل کامل با روش امواج تخت بهبود یافته خطی سازی شده معادلات کوهن- شم را به صورت خودسازگار حل می کند. انرژی تبادلی همبستگی با استفاده از رهیافت های تقریب شیب تعمیم یافته (GGA) و تقریب چگالی موضعی تغییریافته بک- جانسون (mBJ-LDA) محاسبه شده است. همه محاسبات ساختار الکترونی و ویژگی های اپتیکی در حضور برهم کنش اسپین- مدار انجام شده است. در مورد ویژگی های الکترونی، ساختار نواری الکترونی در فشارهای مختلف محاسبه شده و سپس با استفاده از آن شکاف نواری انرژی به صورت تابعی از فشار به دست آمده است. نتایج محاسبات نشان می دهد که با افزایش فشار، شکاف نواری به صورت خطی افزایش می یابد. در مورد ویژگی های اپتیکی، تاثیر فشار هیدروستاتیکی بر سهم های موهومی و حقیقی تابع دی الکتریک مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج محاسبات نشان می دهد که با افزایش فشار انرژی آستانه جذب و شاخص ترین قله ها در سهم موهومی تابع دی الکتریک به طرف انرژی های بالاتر و با کاهش فشار به سمت انرژی های پایین تر جابه جا می شوند. همچنین نتایج محاسبات نشان  می دهد که با افزایش فشار ثابت دی الکتریک استاتیک به صورت خطی کاهش می یابد. همچنین، با استفاده از نتایج محاسبات مربوط به سهم های حقیقی و موهومی تابع دی الکتریک، ضریب شکست استاتیک و شکاف اپتیکی در فشارهای مختلف محاسبه شده است.

    کلیدواژگان: نظریه تابعی چگالی، ویژگی های اپتیکی، ویژگی های الکترونی، فشار هیدروستاتیکی، ترکیب گالیوم آرسناید
|
  • Reza Bagheri *, Hassan Ranjbar Pages 7-22

    Nowadays, the irradiation of blood and blood products, as well as sterilization of pharmaceuticals and biological materials used in the medical industry, are being carried out in developed countries and some developing countries. Usually for this purpose, self-contained dry source storage irradiators containing cesium-137 or cobalt-60 gamma ray sources with activity up to 3 kCi are used as blood irradiator facilities. In this research, an attempt was made to use the MCNPX code to perform the calculations related to the nuclear design of a blood irradiator facility using cobalt-60 line sources in two parts of iso-dose curves and shielding according to internationally accepted standards. The dose uniformity ratio inside the irradiation chamber was about 2 and the external dose rate at a distance of 5 cm from the surface of the gamma cell device was about 36 µSv/h and below the allowable limit. The results showed that the iso-dose curves were completely symmetric and the delivered dose increased near the cobalt-60line sources while decreasing as the distance away from the line sources and closer to the cylindrical axis of the irradiation chamber. In addition, the results showed that the designed lead shield with an average thickness of 30 cm easily blocks the gamma rays and in terms of health physics, working with such a blood irradiator will not pose any risk of radiation to employees.

    Keywords: Blood irradiator, Cobalt-60, Shielding, Dose uniformity ratio, MCNPX
  • Maryam Asgharzadeh, Hossein Zahed * Pages 23-42

    Electromagnetic plasma waves related to nonuniform electron-ion and electron-positron-ion plasma in interaction with short pulse laser in the quantum state have been investigated. These investigations have been done in low-frequency approximation. In these two plasmas, the initial quantities of number density, streaming velocity, and external magnetic field are inhomogeneous. The investigations have shown that in the perpendicular direction, the amount of these initial quantities affects the wave velocities, their instability rate, and their gradients affect the waves, strongly. The behavior of the perpendicular waves has been analyzed for variation in these initial quantities and the investigations show that these behaviors are different in these two plasmas. In the parallel direction, the factor that most affects the waves is the ponderomotive force related to the laser, so an increase in this force cause to increase in the wave velocities and their instability rate. The dependence of the parallel waves on the initial quantities of the number density and streaming velocity is direct, and their reliance on the external magnetic field is through the ponderomotive force (presence of laser). The waves in this direction are not affected by the transverse gradients of the initial quantities. The plasma waves in both plasmas have also been affected by the quantum correction terms. It has been demonstrated that our resulting equations are in accordance with the references mentioned in the article.

    Keywords: Electromagnetic Wave, Electron- Positron-Ion Plasma, Short Pulse Laser, Magnetoplasma
  • Farshid Nooralishahi, MohammadKazem Salem *, MohammadReza Tanhayi Pages 43-61

    In this paper, the dependence of the spin pumping effect on a layer of tungsten disulfide (WS2) by the inverse Hall spin effect (ISHE) is investigated. The precession motion of the magnetization vector creates the effect of spin pumping on a non-conductive ferrimagnetic film. A stream of polarized spin electrons is then injected into the NM layer of a non-magnetic material such as Pt. This spin current is converted to electric current by the ISHE. We investigated the efficiency of spin injection into tungsten disulfide WS and found that as the film thickness increased, the ISHE voltage also increased and compared this relationship with the theory. Next, we obtained the spin diffusion length and conductivity of the spin mixture by varying the damping coefficient of Gilbert with thickness. As far as we know, similar studies have been performed here on materials such as yttrium-iron-garnet or Mo1-xWxS2 alloy, but not on tungsten disulfide. Studies such as the effect of spin-orbit coupling, the study of second-order Riemann scattering, and the like, have been performed on tungsten disulfide and are still ongoing. We hope this will guide for the development of further studies in this field.

    Keywords: The inverse Hall Spin Effect (ISHE), Spin Pumping, Gilbert Damping, Spin Waves, Tungsten Disulfide
  • Saeed Ghavami Sabouri * Pages 62-75

    Thermal effects strongly influence the process of second harmonic generation, especially at high fundamental powers. The generation of non-uniform temperature distribution in the crystal due to the absorption of fundamental and second harmonic waves leads to significant degradation of the efficiency of the second harmonic generation process. This absorption acts as a heat source in the crystal and prevents the crystal from remaining at the phase matching temperature, resulting in a phenomenon called thermal phase mismatch in the crystal. In this paper, first, a theoretical model to simulate the thermal effects in the second harmonic generation is introduced. Then, by considering a periodically poled crystal as a nonlinear crystal and adding a chirp to its periodicity, a solution to compensate for the thermal phase mismatch is presented. Simulation results show that the chirp of a periodically poled crystal compensates for the thermal effects on the nonlinear crystal and largely offsets the efficiency degradation in the second harmonic generation. For example, at the fundamental power of 20 W, the thermal effects reduce the second-harmonic conversion efficiency from 74% to 18% and using the chirped periodically poled crystal increases the efficiency to 50%.

    Keywords: second harmonic generation, Thermal effects, Periodically poled crystal
  • Ali Mahmoudloo * Pages 76-87

    The emerging new concepts and technologies based on microwave photonics have led to an ever-increasing interest in developing innovative radar systems with a net gain in functionality, bandwidth/resolution, size, mass, complexity, and cost when compared with traditional implementations. This paper describes the techniques developed in the last few years in microwave photonics that might revolutionize the way to design multifunction radar systems. Here, the emphasis is on the recent advances in optoelectronic oscillators, arbitrary waveform generation, photonic mixing, phase coding, filtering, beamforming, analog-to-digital conversion, and stable radio-frequency signal transfer. Challenges in the implementation of these components and subsystems for meeting the technical requirements of the multifunction radar applications are discussed.

    Keywords: Optical oscillator, Microwave Modulators, Photonics Processing, Optoelectronic Oscillator
  • Sina Heydari, Maryam Noorafshan * Pages 88-105

    In this research, the effect of hydrostatic pressure on the electronic structure and optical properties of GaAs compound has been investigated. The calculations have been done based on the density functional theory (DFT) using WIEN2K computational package. This computational package solves Kohn-Sham equations by the full-potential linearized augmented plane wave (FP-LAPW) method self-consistently. The exchange-correlation potential is calculated by the Generalized gradient approximation (GGA) and a combination of modified Becke — Johnson plus local-density approximation (mBJ-LDA) functional. All the electronic and optical properties calculations have been done in the presence of spin-orbit interaction. In the case of electronic structure calculations, using the band structure calculations at different pressures, the pressure dependence of band gap energy is calculated. The results of calculations show that by increasing the pressure the band gap energy increases linearly. Regarding the optical properties, the effect of hydrostatic pressure on the real and imaginary parts of the dielectric function ε(ω) is calculated. The results show that by increasing pressure the absorption edge and the major peaks in the imaginary part of the dielectric function are shifted towards higher energies whereas by decreasing the pressure they are shifted towards lower energies. The results also show that by increasing the pressure, the static dielectric function decreases linearly. Using the results of the real and imaginary dielectric function calculations, the optical gap and the static refractive index at different pressures are also calculated.

    Keywords: density functional theory, Electronic properties, optical properties, hydrostatic Pressure, GaAs compound